光合作用场所及色素

真核生物光合作用的场所
主要器官：叶 细胞器：叶绿体 （蓝细菌、光合细菌也能进行 光合作用，但没有叶绿体）
基粒 片层
基 质
◆椭圆球形的叶绿体有哪些结构与光合作用相适应？ ▲在叶绿体基粒片层的薄膜上有与光合作用有关的色素。 基粒片层使受光面积大大增加，堆叠能充分收集光能。 组成基粒的基粒片层数目依不同植物或同一植物不同部位的细胞而有 很大的变化。 ▲在叶绿体基粒片层的薄膜上和基质中有与光合作用有关的酶。 引起叶绿体的形态和分布发生改变的非生物因素主要是： 水（水少则皱缩）；光照强度和方向
叶绿体色素吸收光谱：
某种色素的吸收光谱是其在各个波长处所吸收光的百分数。 吸收光谱只能反映该色素对不同波长光的吸收关系。 光合作用的作用光谱表示在某些波长的光下的光合速率。 作用光谱确定进行光合作用的有效波长。 ■ 吸收光谱 ≠ 作用光谱 ■ 作用光谱与吸收光谱的相关性，反映色素对光合作用贡献的大小。
▲细菌细胞膜等 外界CO2 光
外界CO2
叶
肉
细 胞
外界 O2
CO2 , H2O O2 , 有机 物
外界 O2
★讨论：净光合作用不同情况下的箭头及计算。
线粒体与叶绿体的比较
不同点 比较项目 相同点 线粒体 叶绿体 能光合作用的真核细胞才有叶 能光合作用的真核细胞中都 所有需氧型和兼性厌氧型真核细 绿体。 有~ 。 胞都有线粒体。有叶绿体的细胞 有线粒体的细胞不一定有叶绿 一定存在线粒体。 都能在细胞质中运动。 体。 都有磷脂、蛋白质， DNA 和 酶与有氧呼吸有关， RNA。 酶分布在基质和内膜中。 都是遗传物质的载体。 酶与光合作用有关， 酶分布在…和…中； 特有叶绿体色素
5.各种异常结果可能的原因分析: ▲滤纸条上没有色素带的原因？ 提取液用的是极性溶剂； 滤液细线没入层析液。 ▲色素带只有2条的原因？ 材料是白化苗的叶 （无叶绿素，只有两种类胡萝卜素）； 层析时间过短（叶绿素未扩散）; 滤液细线画得太粗（后3条不易区分）。 胡萝卜素(橙黄色) 叶黄素（黄色）
叶绿素a（蓝绿色）
叶片——叶肉细胞——叶绿体——基粒片层（膜）
栅栏组织
叶绿体基质 保卫细胞 海绵组织
含导管和筛管 基粒片层膜
基粒
叶绿体基质
基粒片层内腔 基粒片层膜
线粒体与叶绿体在代谢上的相互关系
线粒体为叶绿体提供 ________；叶绿体为线粒体提供_______。 【暗反应所需的ATP必须来自于光反应，不能由线粒体提供】 ★典型的具有能量转换功能的膜： ▲线粒体内膜; ▲叶绿体基粒片层膜;
A．O2的释放量
C．C5化合物的总量
B．C3化合物的总量
D．有机物的生成量
叶绿体色素与叶色
叶片衰老或环境条件不良（干旱、高温、寒冷等）时，叶绿素比类胡 萝卜素更易被破坏，其含量下降而使叶变黄。
外因上，合成叶绿素需要
光[但少数如藻类等例外]、 N和Mg、 适宜温度（酶活性）[温度过高、过低都会影响~]。 内因上，受控于遗传性。 ※叶绿素的不断合成与分解，可用标记的15N来证明。 ※液泡中的花青素吸收光能，但不能传递到叶绿素a， 因此不能用于光合作用。
课堂练习
在“叶绿体色素提取和分离”实验中，要将色素提取液避光保存，因为 光对叶绿素有破坏作用。某同学认为叶绿素在离开叶绿体后更容易被光
破坏。请设计实验以评价该同学的假设。 材料用具：新鲜菠菜，无水酒精，研钵，若干试管等全套物品。 （1）实验样品准备： ① 制备叶绿体色素提取液：研钵中加入的提取用的溶剂是无水乙醇； 使研磨迅速、充分的试剂是石英砂（ SiO2 ）；使叶绿素免受酸破坏 的试剂是CaCO3。 ② 制备叶绿体悬浮液：向盛有新鲜绿叶的研钵中加入（与细胞质基质 等渗的溶液/无水酒精/石油醚），适当研磨后，用 （滤纸/脱脂棉/ 纱布）过滤，获得叶绿体悬浮液。
与光合作用有关的叶绿体色素
作用：吸收（红橙光和蓝紫光）、传递和转换光能。 叶片衰老或环境条件不良（干旱、高温、寒冷等）时，叶绿素比类胡
萝卜素更易被破坏而含量下降。外因上，合成叶绿素需光、N和Mg、 适宜温度（酶活性）。 ※叶绿素的不断合成与分解，可用标记的N来证明。 ※液泡中的花青素吸收光能，但不能传递到叶绿素a。 ◆吸收光谱的特点使绿色植物无论晴天（全光谱的光）， 还是阴天（蓝紫光）都能进行光合作用。
★曲线之间的相关性
图中的“作用光谱”指不同波长光对光合作用的总影响，反映的是各 种光合作用色素的共同作用结果，它与各种色素联合的“吸收光谱” 一致，而与任何一种色素单独的吸收光谱都不同。 叶绿素a的吸收光谱最接近，也说明叶绿素a在光合作用中起主要作用。 植物进行光合作用时，下列哪些物质的变化趋势与图中作用光谱基本 一致?
■植物固体样品匀浆液的制作方法
切碎 研磨 过滤
过滤时用滤纸/脱脂棉/纱布，依目的而定。
叶绿体色素提取和分离的操作过程及规范
原理 仪器、试剂与作
用 提取、分离的过 程、顺序？试剂 的作用？ 滤液细线的标准？ 分离的关键？ 层析法的用途与 举例
“叶绿体色素的提取和分离”的拓展
根据不同成分的移动速度（溶解度）不同进而分离的方法统称为层析。
3.过滤获取色素滤液时，为什么用脱脂棉或单层尼龙布，而不用滤纸？ ①色素分子较大，不容易透过滤纸； ②滤纸吸附能力强，会降低色素浓度； ※叶绿体色素是脂溶性的，根据相似相溶原理，用脱脂棉可减少色素的流失。
4.收集的叶绿体色素滤液为什么要避光保存，且及时使用？设计实验验证之。 避光保存并及时使用，是为了防止光对叶绿素的破坏作用（尤其是离开叶绿体基粒片层后）。 ◆验证光对叶绿素的破坏作用 ，尤其是离开基粒片层后 。 实验方法步骤： （1）制备叶绿体色素提取液和叶绿体悬浮液。 【制备叶绿体悬浮液：研磨新鲜叶片，加等渗溶液，用纱布过滤】 （2）取4支试管，编号1、2、3、4。第1、2号试管内各加5ml叶绿体悬浮液； 第3、4号试管内各加5ml叶绿体色素提取液。 （3）将第1、3号试管放在强直射光下，另两支放在暗处。 （4）相同时间后对比观察颜色变化。 【与2号管相比，1号管略退色；与4号管相比，3号管明显退色】 （5）另取圆形滤纸层析分离的色谱一张，通过圆心裁成两半，一半放在强直射光下，另一半 放在暗处。相同时间后对比观察色素带颜色变化 【光下的叶绿素带明显褪色，暗处的则基本不变。类胡萝卜素均基本不变】 【上述实验为“验证”，则常态下（有光）为对照组，放在暗处的是实验组。若改为“探 究”，则实验变量“光”处理的为实验组，黑暗中的成为对照组。】
（2）方法步骤： ① 取4支试管，编号1、2、3、4。第1、2号试管内各加5ml叶绿体悬浮液；第 3、4号试管内各加5ml叶绿体色素提取液。 ② 将第1、3号试管放在强直射光下，另两支放在暗处。 ③ 相同时间后对比观察颜色变化。 （3）支持该同学假设的结果应该是：与 2号管相比，1号管略退色；与 4号管 相比，3号管明显退色。
纸层析即用滤纸作载体，让不同成分分离开。
1.本实验可用于：
★了解叶绿体色素的种类【即：色素带的数目】； 大致的含量比例【即：色素带的宽窄】； 有关物理性质：【但肉眼不能直接看到吸收光谱】 颜色， 溶解特性（色素带的位置反映其在层析液中的溶解度）。
★粗略比较不同材料的叶绿素含量：
若一次实验，选用不同材料，如：不同植物的叶片，同一植物不同发 育阶段的叶片，不同季节的叶片等，提取并分离色素。 若要准确测定叶绿素的绝对含量，则还需特定仪器。
细胞中的 分布
物质基础
亚显微 结构
都是双层膜包被的细胞器； 膜面积都很大。
以内膜向内腔折叠形成嵴的方式 以类囊体重叠形成基粒的方式 增加膜面积； 增加膜面积； 双膜，2区室。 三膜，3区室。
主要功能
都与能量转换有关；都能生 分 解 有 机 物 ， 释放 能 量 ； 产 生 合成有机物，储存能量；产生 成ATP。 ATP 的能量来源于糖类等化学能。 ATP的能量来源于光能。
2.加入碳酸钙的目的是什么？设计实验验证之。
Hale Waihona Puke Baidu
研磨时，液泡破裂，释放出呈酸性的细胞液，H+会取代Mg2+，使叶绿素 成为褐色的去镁叶绿素。 ★加入碳酸钙是为了调节pH,以保护叶绿素。 实验方法步骤：【设计实验步骤的基本范式】 (1) 取两支试管并编号1、2，均加入2ml叶绿体色素提取液。 (2) 1号管作为对照组，2号管加入数滴5％HCl,摇匀，置于黑暗中。 (3) 观察并比较溶液颜色变化，记录结果。
叶绿素b（黄绿色）
▲色素带只有3条的原因？ 层析时间过短（叶绿素a、b未分开）； 层析时间过长（两条类胡萝卜素带在滤纸条顶端合并）； 滤液细线过粗，或滤液未干就重复划滤液细线 （使叶绿素a、b不能分开）。
▲色素带不整齐的原因？ 滤液细线不齐； 滤纸条没有作干燥处理； （使滤纸条上水分分布不均匀） 胡萝卜素(橙黄色) 滤纸条贴及大试管壁； 滤纸条的末端未剪去两角； 叶黄素（黄色） （使色素扩散起点不一致） 滤纸条没有一次性放平稳等。 叶绿素a（蓝绿色） ▲叶绿素带绿色很淡的原因？ 叶绿素b（黄绿色） 实验材料本身的绿色不浓； 研磨不充分或未加入石英砂； 提取液加入太多，使滤液过稀； 未分步加入提取液，使溶解的色素少； 未用脱脂棉过滤，而是用滤纸过滤； 没有重复划滤液细线或没有待滤液干燥后就重复划； ▲叶绿素带颜色异常的原因？ 滤液放置过久而被氧化； 滤液置于光下较长时间； 未加入CaCO3或加入的量过少（呈褐色的去镁叶绿素）。